Tiểu luận phân tích kỹ thuật và công nghệ của umts

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THÁI BÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH TIỂU LUẬN: PHÂN TÍCH KỸ THUẬT VÀ CƠNG NGHỆ CỦA UMTS Nhóm SVTH: Đồn Mạnh Qn Nguyễn Lê Anh Quân Trần Thế Tài Lớp : DH8-DTCN GVHD : Nguyễn Thị Bảo Thư Thái Bình PHẦN I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN  Ngay từ đầu năm 90 kỷ 20, Hiệp hội Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) bắt đầu trưng cầu phương án kỹ thuật tiêu chuẩn3G “vội vàng” gọi chung kỹ thuật 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) có nghĩa hệ thống thông tin di động đa CDMA băng rộng (WCDMA) phương án khuyến nghị (băng rộng lên tới 5MHz)  Sau tham gia tích cực Nhật Bản vào việc xây dựng tiêu chuẩn thúc đẩy nhanh chóng phát triển cơng nghệ3G phạm vi toàn cầu Năm 1998, châu Âu Nhật đạt trí tham số chủ chốt Khuyến nghị CDMA băng rộng đưa trở thành phương án kỹ thuật dùng giao diện không gian FDD (ghép tần số song công Frequency Division Duplex) hệ thống UMTS Và từ phương án kỹ thuật gọi WCDMA để nêu rõ khác biệt với tiêu chuẩn CDMA băng hẹp Mỹ (băng rộng có 1,25 MHz)  Tiếp tục phát triển cách logic, UMTS trở thành tiêu chuẩn 3G tổ chức tiêu chuẩn hoá giới 3GPP (Tổ chức người bạn hợp tác 3G) không định nghĩa giao diện không gian; chủ thể bao gồm khuyến nghị giao diện loạt quy phạm kỹ thuật mạch kết nối mạch phân nhóm nòng cốt củaCDMA  UMTS viết tắt Universal Mobile Telecommunication System UMTS mạng di động hệ thứ (3G) sử dụng kỹ thuật trãi phổ W(wideband)CDMA UMTS chuẩn hóa tổ chức 3GPP UMTS đơi gọi 3GSM để khả "interoperability" GSM UMTS UMTS phát triển lên từ nước sử dụng GSM UMTS sử dụng băng tầng khác với GSM PHẦN II: ĐẶC TRƯNG UMTS dùng công nghệ CDMA băng rộng WCDMA, hỗ trợ tốc độ truyền liệu lên đến 21Mbps (về lý thuyết, với chuẩn HSPDA) Thực tế, nay, đường xuống, tốc độ đạt 384 kbps (với máy di động hỗ trợ chuẩn R99), hay 7.2Mbps (với máy di động hỗ trợ HSPDA) Dù sao, tốc độ lớn nhiều so với tốc độ 9.6kbps đơn kênh GSM hay 9.6kbps đa kênh HSCSD (14.4 kbit/s CDMAOne) số công nghệ mạng khác Nếu hệ 2G mạng tổ ong GSM, GPRS xem hệ 2.5G GPRS, dùng chuyển mạch gói, khác so với chuyển mạch kênh (dành kênh riêng) GSM, hỗ trợ tốc độ liệu cao (lý thuyết đạt: 140.8 kbit/s, thực tế, khoảng 56 kbit/s) E-GPRS hay EGDE, xem hệ 2.75G, cải tiến thuật tốn mã hóa GPRS dùng mức mã hóa (coding schemes; CS-1 to 4), EDGE dùng mức mã hóa điều chế (Modulation and Coding Schemes; MCS-1 to 9) Tốc độ truyền liệu thực EDGE đạt tới 180 kbit/s Từ năm 2006, mạng UMTS nhiều quốc gia nâng cấp lên, với chuẩn HSPDA, xem mạng 3.5G Hiện giờ, HSPDA cho phép tốc độ truyền đường xuống đạt 21Mbps Dài hơn, nhánh tổ chức 3GPP lên kế hoạch phát triển mạng 4G, với tốc độ 100 Mbit/s đường xuống 50 Mbit/s đường lên, dùng công nghệ giao diện vô tuyến dựa Ghép kênh tần số trực giao Mạng UMTS triển khai năm 2002 nhấn mạnh tới ứng dụng di động như: TV di động hay thoại Video Tuy nhiên, kinh nghiệm triển khai Nhật số nước khác cho thấy rằng, nhu cầu người dùng với thoại Video không cao Hiện tại, tốc độ truyền liệu cao UMTS thường dành để truy cập Internet CÔNG NGHỆ UMTS kết hợp giao diện vơ tuyến WCDMA, TD-CDMA, hay TD-SCDMA, lõi Phía ứng dụng di động GSM (MAP), chuẩn mã hóa thoại GSM UMTS (W-CDMA) dùng cặp kênh 5Mhz kỹ thuật truyền dẫn UTRA/FDD Ban đầu, băng tần ấn định cho UMTS 1885–2025 MHz với đường lên (uplink) 2110–2200 MHz cho đường xuống (downlink) Ở Mỹ, băng tần thay 1710–1755 MHz (uplink) 2110–2155 MHz (downlink), băng tần 1900MHz dùng UMTS mạng RAN (mạng truy nhập vô tuyến) thay GERAN GSM/EGDE UMTS GERAN dùng chung mạng lõi CN, cho phép chuyển mạch thông suốt RAN cần Mạng lõi CN kết nối đến nhiều mạng đường trục khác Internet ISDN UMTS (cũng GERAN) gồm lớp thấp mơ hình truyền thông OSI Lớp mạng (OSI 3) gồm giao thức Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM, quản lý kênh sóng mang (bearer channels) máy di động mạng SỰ SÁNG TẠO Công nghệ UMTS phát triển Viện châu Âu cho Viễn thông Tiêu chuẩn đặc biệt cho châu Âu Bằng cách giảm lẩn trốn sau: Hệ thống viễn thông di động Universal Như giao diện khơng khí WCDMA sử dụng Và cần lưu ý hai khái niệm hoàn toàn khác nhau, điều khơng cho phép họ sử dụng đồng nghĩa Các tiêu chuẩn UMTS thường xem lựa chọn chuyển tiếp công nghệ 2G 3G-4G Nghĩa là, với giúp đỡ nó, bạn làm cho chuyển đổi suôn sẻ với cấp độ truyền thông di động mà không cần thay đổi đáng kể thiết bị, thời điểm Như dòng sở mạng sử dụng GSM MAP, mạng truy cập vô tuyến công nghệ GSM / EDGE WCDMA cộng lại Gần xây dựng mạng GSM tồn tại, làm việc song song Chuyển đổi mạng lưới trạm thuê bao thực tự động BẢN CHẤT CỦA CÔNG NGHỆ Trong UMTS (và làm hoạt động, hiểu hơn) sáp nhập hai kỹ thuật phát sóng đài phát khác Các thiết bị cao truyền đạt sử dụng giao diện UTRA Do đặc điểm kỹ thuật 3GPP Releace media gateway, tín hiệu trung tâm chuyển mạch gateway máy chủ Vì vậy, quản lý để chia MSC tín hiệu thơng tin liệu người dùng Bên cạnh đó, đặc điểm kỹ thuật có chứa mơ tả chi tiết đơn vị sở phổ cập tới mạng truy cập UMTS radio Nó gì? Cơ chế cho phép tốc độ liệu lên tới megabits giây Bây UTRAN thiết kế để kết hợp trạm gốc mạng vơ tuyến, chịu trách nhiệm hoạt động tất module RF kênh truyền hình UMTS RNC điều khiển mạng, gắn trực tiếp vào thiết bị trạm gốc Sự kết hợp hai yếu tố này, cụ thể điều khiển trạm gốc tương ứng với nó, mơ hình cấu trúc mạng UMTS gọi hệ thống mạng Trong đơn vị sở sử dụng nhiều hệ thống tương tự CƠ HỘI LÀM VIỆC 3G UMTS cho phép việc sử dụng thiết bị từ nhà sản xuất khác nhau, sử dụng giao diện Iu Sử dụng quyền sử dụng đất tạo điều kiện cho việc thực bàn giao bàn giao mềm nhiều trạm, sử dụng loạt thiết bị Cellular UMTS tiêu chuẩn truyền thông bảo vệ khỏi kết nối nghỉ di chuyển, sử dụng giao mềm Ví dụ, lái xe đường cao tốc với trạm sở thành lập thống nhất, khoảng cách từ số họ giao tiếp với khách hàng gửi đến gần Kết nối khơng bị gián đoạn đột ngột, xảy mạng GSM UMTS lĩnh vực thân thiện nhiều người dùng Tất nhiên, điều cho khu phân biệt vùng phủ sóng tốt giao diện Lub thiết kế hoàn toàn mở đặc biệt để thu hút đầu tư nhà sản xuất thiết bị lĩnh vực THIẾT BỊ MẠNG Khối xương sống bao gồm thiết bị thơng thường, có: Chuyển mã;  Một ghi địa chỉ;  Đơn vị hỗ trợ GPRS;  Gateway để chuyển đổi sang mạng khác;  Trung tâm thông tin liên lạc di động chuyển đổi;  Cơ sở điều khiển trạm Cuối nhiệm vụ tài nguyên kênh phân phối, chuyển kênh, tổ chức bàn giao, việc thu thập truyền tải từ xa tới hệ thống kiểm soát Trên chuyển mã giao nhiệm vụ để mã hóa giải mã tín hiệu tiếng nói truyền sử dụng nén Thanh ghi địa đại diện sở liệu tất thuê bao nhà điều hành mạng di động Sổ đăng ký khách chứa thông tin thuê bao vùng phủ sóng mạng  UMTS NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC Trong khối CN thực hoạt động quan trọng nhất, giảm để kết nối trạm di động vào mạng, tiếp tục phân trang, nội địa hóa tế bào lựa chọn thuê bao, việc thực gọi đến đi, việc bàn giao thuê bao trạm gốc CN hợp lý chia thành hai lĩnh vực - CS PS. Các trạm sở có trách nhiệm xử lý tín hiệu radio, kênh mã hóa đáp ứng tốc độ, nhiều Bên cạnh đó, kiểm sốt sức mạnh vịng UMTS Cellular thực kết nối với mạng bên khác quy ước chia thành hai nhóm: với chuyển mạch chuyển mạch gói mạng Tùy chọn dành cho thông tin liên lạc điện thoại, lần thứ hai - để kết nối với Internet Kể từ chuyển sang trung tâm điều phối công việc với mạng cố định, giao phó với tất tính yêu cầu cho chuyển mạch kênh, trách nhiệm quản lý kết nối Switching Center thực thủ tục cần thiết để bàn giao đăng ký địa điểm CÁC TÍNH NĂNG THÊM Mạng hệ đặc trưng diện QoS tính với ưu tiên: trực tuyến, đối thoại, tương tác Như đề cập, việc chuyển đổi sang mạng 3G sử dụng UMTS Rằng mơ tả cách chi tiết Quan trọng hơn, việc thực cuối trình chuyển đổi đòi hỏi thay thiết bị đầu cuối thuê bao hệ thống trạm gốc Bên cạnh đó, cần thiết phải thay hầu hết thiết bị sử dụng cấp mạng lõi vào lúc Các kiến trúc khác đáng kể diện chia tách thành hai mức công tắc độc lập - dịch vụ chuyển mạch kiểm sốt xử lý tín hiệu Điều tất minh chứng cho thực tế cho trình chuyển đổi với mạng hệ cần phải nâng cấp hệ thống trạm gốc thiết bị đầu cuối người dùng Band UMTS mới, việc thực tất mục tiêu địi hỏi phải có sáng tạo thành phần điện tử thu hút đầu tư lớn LÀM THẾ NÀO NÓ HOẠT ĐỘNG? Tại thời điểm này, sang 3G bao gồm số tiêu chuẩn, giới CDMA2000 UMTS sử dụng rộng rãi Cả hai công nghệ dựa phân phối mã đa truy nhập tín hiệu Với giúp đỡ họ quản lý để mở rộng tín hiệu biên độ hẹp mạng di động thông thường Tất nhiên, việc mở rộng thiết kế để cung cấp truy cập băng thông rộng không dây với Internet Đề án mạng đơn giản: thiết bị sử dụng kết hợp với trạm điều hành di động hỗ trợ tiêu chuẩn gần thông tin liên lạc di động trường hợp hoạt động bán kính lớn nhiều so với Wi-Fi, th bao khơng hạn chế nên nặng nề không gian, sử dụng kết nối internet không dây Band UMTS thoải mái tận hưởng tất dịch vụ cung cấp Nếu người dùng rời khỏi bán kính trạm, ơng rơi vào phạm vi người khác, mà không làm giảm giao tiếp Thông thường tần số UMTS 2100 MHz Để làm việc với mạng lưới đòi hỏi thiết bị đặc biệt dùng, điện thoại thông minh tức có hỗ trợ 3G, USB-modem, điện thoại thơng minh, máy tính bảng máy tính xách tay trang bị với xây dựng module Thanh toán 3G chủ yếu thực theo hai cách sau: giao thơng tốn th bao Trong trường hợp thứ hai, người dùng có quyền truy cập vào mạng Internet thời gian định, thường tháng Có thơng thường gói cước khơng giới hạn, có hạn ngạch giao thơng lớn, thường khó để dành tháng KIẾN TRÚC MẠNG UMTS Như hình vẽ thể hiện, Mạng UMTS bao gồm phần, phần truy nhập vô tuyến (UMTS Terrestrial Radio Access Network- UTRAN) phần mạng lõi (core) Phần truy nhập vô tuyến bao gồm Node B RNC Cịn phần core có core cho data bao gồm SGSN, GGSN; Phần core cho voice có MCS GMSC •Node B: Chức Node B xử lý lớp vật lý (L1) giao diện vơ tuyến mã hóa kênh, đan xen, trải phổ, điều chế… Nó thực chức tài ngun vơ tuyến điều khiển cơng suất vịng trong,… •RNC: Trong trường hợp Node B có kết nối với mạng RNC chịu trách nhiệm điều khiển Node B gọi CRNC Ngược lại, Node B có kết nối mạng RNC chia thành hai loại khác theo vai trò logic chúng – RNC phục vụ (Serving RNC): Đây RNC kết nối đường lưu lượng báo hiệu RANAP với mạng lõi.SRNC kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến UE UTRAN, xử lý số liệu lớp (L2) từ/tới giao diện vô tuyến SRNC Node B CRNC Node B khác – RNC trôi (Drift RNC): Đây RNC khác với SRNC, để điều khiển ô MS sử dụng Khi cần, DRNC thực kết hợp phân chia phân tập vĩ mô DRNC không thực xử lý lớp đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà định tuyến số liệu cách suốt giao diện Iub Iur MộtUE khơng có có hay nhiều DRNC CÁC GIAO DIỆN TRONG MẠNG: Giao diện Iub Giao diện Iub giao diện quan trọng số giao diện hệ thống mạng UMTS Sở dĩ tất lưu lượng thoại số liệu truyền tải qua giao diện này, giao diện trở thành nhân tố ràng buộc bậc nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện mang ý nghĩa quan trọng Đặc điểm giao diện vật lý BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có giá trị quy định Thông thường để kết nối với BTS ta sử dụng luồng E1, E3 STM1 khơng sử dụng luồng T1, DS-3 OC-3 Như vậy, dung lượng đường truyền dẫn nối đến RNC cao tổng tải giao diện Iub RNC.Chẳng hạn ta cần đấu nối 100BTS với dung lượng Iub mỗiBTS 2,5 Mbps, biết cấu hình cho BTS hai luồng Mbps tổng dung lượng khả dụng giao diện Iub 100 x x = 400 Mbps Tuy nhiên tổng tải giao diện Iub RNC 250 Mbps 400 Mbps   Giao diện Iur Ta thấy rõ vị trí giao diện Iur cấu hình phần tử mạng UMTS Giao diện Iur mang thông tin thuê bao thực chuyển giao mềm hai Node B RNC khác Tương tự giao diện Iub, độ rộng băng giao diện Iur gần hai lần lưu lượng việc chuyển giao mềm hai RNC gây Giao diện Iu Giao diện Iu giao diện kết nối mạng lõi CN mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Giao diện gồm hai thành phần là: • Giao diện Iu-CS: Giao diện chủ yếu truyền tải lưu lượng thoại RNC MSC/VLR Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu lượng tiếng • Giao diện Iu-PS: Là giao diện RNC SGSN Định cỡ giao diện phụ thuộc vào lưu lượng liệu chuyển mạch gói Việc định cỡ giao diện phức tạp nhiều so với giao diện Iub có nhiều dịch vụ liệu gói với tốc độ khác truyền giao diện  Giao diện Uu Đây giao diện không dây (duy nhất) mạng UMTS Tất giao diện khác có dây dẫn hết Liên lạc giao diện dựa vào kỹ thuật FDD/TDD WCDMA Thật ra, nhìn tổng thể kiến trúc mạng UMTS ta thấy “nút cổ chai” mạng UMTS capacity giao diện Uu Nó giới hạn tốc độ truyền thơng tin mạng UMTS Nếu ta tăng tốc độ data rate giao diện ta tăng tốc độ mạng UMTS Thế hệ UMTS sử dụng OFDMA kết hợp MIMO thay WCDMA để tăng tốc độ  LÕI MẠNG CORE NETWORK Trong phần mạng lõi (core) có phần, mạng lõi data (gồm thực thể SGSN GGSN) mạng lõi cho voice (gồm GMSC MSC) Ngoài thực thể vừa nêu, cịn có thành phần khác HLR (HSS), VLR, AuC, EiR, BG Vài trị, chức thành phần miêu tả ngắn gọn viết SGSN = Serving GPRS Support Node Trong mạng lõi GPRS operator có nhiều SGSN khơng phải có Mỗi SGSN kết nối trực tiếp với số RNC Mỗi RNC lại quản lý số Node B, node-B có số UE nối kết SGSN quản lý tất UE sử dụng dịch vụ data vùng Vài trị SGSN – Authenticate (xác minh) UE dùng dịch vụ data nối kết với – Quản lý việc đăng ký UE vào mạng GPRS (data) – Quản lý trình di động UE Cụ thể SGSN phải biết UE nối kết với thằng Node-B thời điểm Tùy theo UE mode active (đang liên lạc) hay idle (không liên lạc) mà độ xác thơng tin liên quan đến vị trí UE khác SGSN phải quản lý theo dõi thay đổi vị trí (location area identity/ routing area identity) UE theo thời gian – Tạo dựng, trì giải phóng “PDP context” (các thơng tin liên quan đến connection UE mà cho phép/qui định việc gửi nhận thông tin UE) – Nhận chuyển thơng tin từ ngồi mạng data (Internet chẳng hạn) đến UE ngược lại – Quản lý việc tính tiền (billing) UE – Tìm đánh thức idle UE có gọi tìm đến UE (paging) – etc…  GGSN= Gateway GPRS Support Node Như tên gọi nó, gateway mạng GPRS/UMTS mạng (external network, Internet chẳng hạn, mạng GPRS khác) Vài trị – Nhận chuyển thơng tin từ UE gửi ngồi mạng external ngược lại từ ngồi đến UE Packet thơng tin từ SGSN gửi đến GGSN “decapsulate” trước gửi ngồi thơng tin truyền SGSN GGSN truyền ‘GTP tunnel’ – Nếu thông tin từ đến GGSN để gửi đến UE chưa tồn PDP context, GGSN yêu cầu SGSN thực paging sau thực trình PDP context để chuyển gọi đến UE – Trong suốt q trình liên lạc thơng qua nối kết mạng UMTS, UE connect với GGSN (mà GGSN nối kết với dịch vụ mà UE dùng) Dù có di chuyển đâu nữa, GGSN không đổi Dĩ nhiên SGSN, RNC Node-B thay đổi GGSN tham gia vào quản lý trình di động UE SGSN GGSN có địa IP cố định (có thể private IP)  KỸ THUẬT UMTS Đây kế thừa đặc tả mạng 2G (GSM), có nhiều cân nhắc cho tốc độ liệu cao để hỗ trợ nhiều ứng dụng người dùng di động UMTS sử dụng giao diện khơng khí hồn tồn khác cho truyền thơng vơ tuyến khác với 2G theo nhiều cách địi hỏi thiết bị cầm tay chuyên dụng cho mạng dựa UMTS WCDMA công nghệ giao diện khơng khí sử dụng mạng UMTS Các thông số kỹ thuật cho UMTS trì 3GPP với trách nhiệm cung cấp tiêu chuẩn kỹ thuật tiêu chuẩn kỹ thuật chấp nhận tồn cầu cho mạng truyền thơng di động hệ thứ ba Kiến trúc mạng có mạng lõi mạng truy nhập gọi UTRAN (Mạng truy nhập vơ tuyến tồn cầu) bao gồm nút tương tự B RNC (Radio Network Controller) tương tự với BTS BSC mạng 2G Phân bổ tần số UMTS cho phép sử dụng dải 2GHz, đặc biệt 1885-2025 MHz 2110-2200 MHz quy định Hội nghị Đài phát Hành Thế giới năm 1992. < Hầu hết tính UMTS trích xuất từ mạng GSM GSM khởi tạo khái niệm SIM (Subscriber Identity Module) sử dụng UMTS USIM (Universal SIM) kiến trúc mạng có thành phần tương tự đề cập RNC nút B mạng truy nhập UMTS sử dụng FDD TDD FDD sử dụng hai tần số khác cho đường lên đường xuống chế độ TDD sử dụng tần số cho đường lên đường xuống với ghép kênh thời gian để truyền nhận Chế độ TDD ưa chuộng UMTS nhấn mạnh tốc độ liệu tốc độ cao cho ứng dụng di động phân bổ thời gian nhiều tốc độ liệu với đường xuống khác với đường lên